Тем не менее, такой непосредственный, даже детский вопрос при обдумывании уже кажется не совсем детским. Если в двух словах, мы дышим, чтобы производить энергию (в форме аденозинтрифосфата, АТФ) для жизнедеятельности всех клеток нашего тела. Чтобы синтезировать/запасти АТФ, надо что-нибудь окислить. Идеальным кандидатом для окисления оказалась глюкоза (хотя не одна она такая, бывают менее эффективные, но всё-таки варианты). Идеальным окислителем для неё - кислород (хотя и без него мы можем немножко протянуть).

АТФ - такая "энергетическая валюта" клетки. (Мы, кстати, и в социуме к этому придём, вероятно. Не золото, а энергия станет платёжным стандартом. Уже становится, имхо). Все процессы в организме (сокращение мышц, передача нервных импульсов, синтез веществ, деление клеток, поддержание температуры тела и мн. др.) требуют именно энергии, а не какого-то там золота. И вот эту энергию клетки получают при расщеплении АТФ.

Но напрямую взять АТФ из пищи мы не можем. Так уж заведено в нашем мире, что в пище у нас - питательные вещества. Те самые белки, жиры и углеводы. И вот из них-то, в первую очередь - из углеводов, клетка извлекает энергию и запасает её в молекулах АТФ. В этом сокрыт великий смысл: энергия клетке нужна всегда. Но не шквал энергии, который случается при окислении глюкозы, а дозированные и относительно небольшие энергетические "порции". Такие, какие получаются при расщеплении АТФ. Такая аналогия: молекула глюкозы - это пятитысячная купюра. А АТФ - сотенная денежка. И в клетке ежесекундно куча трат, но каждая из покупок - небольшая. 5000 продавец таких мелких товаров и не возьмёт - сдачи нет. Нужна денежка помельче - вот для этого АТФ и есть.

Кроме того, высвобождение энергии при помощи окисления молекулы глюкозы - эдакое одноразовое и крупномасштабное событие. С АТФ же мы получаем много мелких, энергетически ёмких "батареек". И, в конце концов, высвобождение энергии из АТФ - намного более быстрое, чем из глюкозы (доли секунды) и адресное (прямо по месту потребления эти порции энергии получаем). Всё это делает путь "Окислили глюкозу - Получили много энергии - Запасли её в АТФ - Разрушили АТФ, когда надо - Быстро получили немного энергии, дозировано и адресно" намного более предпочтительным, чем попытки утилизации энергии из глюкозы напрямую. Это - лучшая стратегия из возможных.

А ещё есть АТФ-зависимый механизм сигнализации "энергии много/мало, клетка не устала/устала". Если много АТФ расщеплено, то начинается торможение: клетка "понимает", что дело идёт к истощению и переходит в режим отдыха и накопления новых блоков АТФ. Расщепляя глюкозу, конечно.

Самый эффективный способ извлечения энергии из глюкозы - это её полное окисление. Процесс идёт до углекислого газа и воды и требует участия кислорода. Без кислорода схема гликолиза очень неэффективна. Такой даст в 18 раз меньше АТФ относительно одной молекулы глюкозы. Соответственно, можем не дышать? Можем, но очень недолго. Клетки в авральном режиме будут штамповать эту АТФ, но расход будет выше дохода. Дебет с кредитом не сойдутся (вопрос нескольких минут), и клетка в условиях нехватки энергии перестанет функционировать. Погибнет.

Для справки: мировой рекорд без дыхания - 29 минут. Это был какой-то эпически крутой ныряльщик, который ещё и считерствовал малость: перед задержкой дыхания он дышал чистым кислородом, чтобы насытить им кровь, насколько возможно. С другой стороны, рекорд есть рекорд. Попробуйте тоже подышать кислородом, а потом 29 минут не дышать, ага... Большинству людей удаётся обойтись без вдоха от нескольких секунд до пары минут максимум.

Есть у Вселенной определённая ирония в этом вопросе. Если кто не знает, кислород - не главный компонент воздуха. Его там всего-то 21%. А главный - азот, его 78% (и ещё 1% на всё остальное, мои дорогие любители математики). Воздух - это в первую очередь азот, да-с. Кислород по количеству там на втором месте. Но большинству живых существ нужен именно он, и именно такой, разбавленный. А вот вам ещё одна шуточка от мироздания: все помнят, что кислород получается на нашей планете при помощи фотосинтеза растений? Так вот, задача фотосинтеза - соорудить молекулу глюкозы из углекислого газа (CO2) и воды. Кислород там получается как побочный продукт этого процесса. И передовиком производства кислорода на Земле являются вовсе не леса нашей тайги или леса ихних тропиков, а, внезапно, цианобактерии и всякие микроскопические водоросли. Пруф (EN). От 50 до 80% кислорода делают нам именно они.

Итак, ответ на вопрос "Зачем/Почему" такой: мы дышим, чтобы доставить кислород в клетки, где он используется для производства АТФ. Теперь - вопрос "как?" Процесс можно разделить на три уровня: внешний (лёгочный), транспорт газов и внутренний (тканевой/клеточный). На первом уровне за счет сокращения диафрагмы и межреберных мышц объем грудной клетки увеличивается, и давление в легких падает ниже атмосферного. Это вдох. Воздух, содержащий около 21% кислорода, поступает в легкие. Далее в крошечных лёгочных пузырьках (альвеолах) кислород диффундирует в кровь, связываясь с гемоглобином эритроцитов. Одновременно углекислый газ (CO2) - продукт метаболизма - диффундирует из крови в альвеолы и удаляется с выдохом.

Этот альвеолярно-капиллярный барьер - это нечто потрясающее, на самом деле! Представьте себе, толщина этой мембраны - всего лишь от 0,2 до 0,5 мкм! Именно такая толщина слоя отделяет воздух, который мы вдохнули, от нашей крови. Для сравнения, толщина человеческого волоса около 80 мкм. Помните недавнюю эпидемию ковида? Этот вирус предпочитал многим клеткам организма именно эти, формирующие барьер. Представляете, какая сволочь? Бил чуть ли не по самому тонкому и беззащитному месту! Если с этими нежными клетками случается вирусная проблема - иммунитет настолько разъяряется, что может начаться тот самый печально известный "цитокиновый шторм". Хорошо, что от ковида быстро сделали несколько вакцин. Трудно даже примерно оценить, сколько жизней они спасли. Миллионы, без преувеличений.

Кислород, попав в кровь, связывается с гемоглобином и несётся эритроцитом к тканям. Там его транспорт выстроен в обратном порядке, от эритроцита к клетке. Далее начинается самое интересное для биохимика, процесс клеточного дыхания. В клетке происходит следующее: C6H12O6 (глюкоза) + 6 O2 (кислород) = 6 CO2 (углекислый газ) + 6 H2O (вода).

Ну, чего ты ругаешься по-химически? Нормально ж разговаривали!

Угу. Выделившаяся в ходе окисления энергия идёт на 30-32 штуки АТФ. Сперва в цитоплазме идёт гликолиз, расщепление глюкозы на пируват (остаток пировиноградной кислоты). Этот этап не требует кислорода, кстати. Дальше в матриксе митохондрии запускается цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса). Выглядит это примерно так:

Щуку ацетил лимонил,
Но нарцисса конь боялся,
Он над ним изолимонно
Альфа-кетоглутарался.

Сукцинился коэнзимом,
Янтарился фумарово,
Яблочек припас на зиму,
Обернулся щукой снова.

Того. Ну, или то же самое в виде простой картиночки.

Щука из стиха - ЩавелевоУКсусная кислотА, и так далее. Там ещё разных событий по мелочи (окислительное фосфорилирование). Вещества с кодовыми именами НАД*H и ФАД*H2 отдают электроны, те проходят по цепи переносчиков. Их энергия используется для "накачивания" протонов (H+) в межмембранное пространство. И обратный поток протонов через АТФ-синтазу приводит к синтезу основного количества АТФ (около 34 молекул из одной глюкозы). Тут-то и требуется кислород: он является конечным акцептором электронов и протонов, образуя воду: O2 + 4e(-) + 4H(+) = 2 H2O.

К слову, появление аэробного дыхания (около 2,5 млрд лет назад) стало феерической революцией жизни. Оно дало организмам на порядок больше энергии из того же количества пищи по сравнению с анаэробным брожением. Это позволило развиться сложным, многоклеточным, высокоактивным формам жизни, включая человека.

В общем, такие дела. Мы дышим затем и потому, что наши клетки нуждаются в постоянном притоке кислорода для эффективного производства АТФ, этого универсального источника энергии для жизни. Дыхание в традиционном разговорном смысле "вдох/выдох" - это внешнее проявление сложного биоэнергетического процесса, без которого существование сложных организмов невозможно.

Я - Злобный Биохимик. Ещё в Дзене присутствую)

Ага, вспомнила, наконец, что биохимик! А то какую-то ерунду пишешь...

Я и не забывала. Просто пишу о том, о чём хочется... Надеюсь, было интересно. За донаты - неизменное спасибо! Мне прямо душу согревает мысль, что кому-то настолько нравятся мои тексты, что он(а) не просто ставит плюсик, а заморачивается с донатом.

или на яндекс маркете

Приглашаю вступить в моё сообщество

Реклама: ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН: 7703380158

Реклама: ООО "Яндекс Маркет" ИНН: 9704254424